Автoры: Бoлтаев Анатoлий Петрoвич, Пудoнин Федор Алекcеевич, Проценко Игорь Евгеньевич
Изобретение отноcитcя к облаcти защиты от подделки объекта защиты, в чаcтноcти ценных бумаг, банкнот, документов. Техничеcким результатом являетcя повышение надежноcти защиты и упрощение проверки защитных cвойcтв. Защитный элемент для проверки подлинноcти объекта защиты включает в cебя подложку и металлизированный cлой, где упомянутый металлизированный слой представляет собой однослойный или многослойный островковый металлизированный слой или слой из гранулированного металла, имеющий нелинейную зависимость электрофизических свойств при воздействии на него слабого постоянного или переменного электрического поля, и дополнительно содержащий защитный диэлектрический слой, нанесенный поверх упомянутого металлизированного слоя, при этом детектируемым признаком подлинности объекта защиты является нелинейная проводимость защитного элемента, которая определяется путем измерения проводимости защитного элемента при двух различных амплитудах упомянутого электрического поля, приложенного к защитному элементу. 4 ил.
В связи с постоянным улучшением качества компьютерной и множительной техники повышается вероятность воспроизвести, с высокой степенью идентичности, практически любую ценную бумагу. Совершенствуются также способы подделки ценных изделий, например картин и предметов антиквариата. В связи с этим актуальны задачи совершенствования способов упомянутых объектов защиты.
В настоящее время существуют различные методы защиты от подделки, значительная часть которых основана на использовании металлических защитных меток. Такие метки могут формироваться как непосредственным нанесением материала метки, например в виде краски, на объект защиты, так и встраиванием в объект защиты отдельно изготовленного средства защиты, например, в виде металлической полоски.
Известен способ защиты ценных бумаг и изделий и устройство для его реализации в виде двустороннего носителя информации, на лицевой и тыльной сторонах которого сформированы, посредством нанесения магнитного состава, два изображения (магнитные метки), определенным образом ориентированные друг относительно друга. Детектирование осуществляют с помощью полупроводникового магнитного датчика, одновременно считывающего информацию с лицевой и тыльной сторон носителя информации. При этом выходной сигнал полупроводникового датчика пропускают через сложную схему для формирования импульсов на границах изображений магнитных меток. По этим импульсам осуществляют распознавание магнитной информации на носителе путем сравнения с заданной (эталонной) информацией (JP, заявка
057-177372, кл. G07D 7/00, 1984 г.).
Недостатком данного средства защиты является то, что для детектирования указанных защитных меток необходимо использовать сложные и дорогостоящие электронные устройства, которыми не располагает массовый пользователь.
Известен способ защиты ценных бумаг и устройство для его реализации, согласно которому в бумажную основу ценной бумаги запрессовывают полосу из магнитного материала. Определение подлинности ценной бумаги осуществляется посредством магнитного детектора, регистрирующего изменение (градиент) напряженности магнитного поля (ЕР 005720, кл. G07D 7/00, 1982).
Недостатком данных способа и устройства защиты является их недостаточная надежность, поскольку магнитный материал для данной защитной полосы доступен широкому кругу лиц и для специалиста ее изготовление (подделка) не представляет технической сложности и не требует значительных материальных затрат.
Известен способ защиты ценных бумаг от подделки с использованием пассивного защитного средства. На ценной бумаге формируют пассивное защитное средство заданной структуры, его наличие детектируется с помощью регистрации информативных признаков в резонансном отклике защитного средства на зондирующее электромагнитное излучение заданной радиочастоты, с автоматическим сопоставлением зарегистрированных информативных признаков с эталонными значениями. В качестве пассивного защитного средства используют металлизированную по меньшей мере трехслойную резонансную фильтровую структуру. В качестве зондирующего излучения используют радиочастоту СВЧ-диапазона, в качестве информативных признаков используют характерные пиковые значения частотной характеристики коэффициентов прямой передачи и обратного отражения (RU 2276409).
К недостаткам данного способа защиты следует отнести сложность изготовления пассивного средства защиты в виде металлизированной по меньшей мере трехслойной резонансной фильтровой структуры, а также сложность средств детектирования (контроля наличия) такой защиты.
Наиболее близким к средству защиты, заявляемом в настоящем изобретении, является способ защиты ценных бумаг и изделий с помощью защитных полос, имеющих определенную структуру, он выбран в качестве прототипа данного изобретения (RU 2291490). Известные защитные полосы построены из нескольких различных компонентов, кодирующих средств и электропроводящих слоев, различным образом связаных с подложкой. Эти защитные полосы нанесены на ценное изделие или внедрены в него. Техническим результатом изобретения известных защитных полос является создание кодированной системы, в которой произвольно выбираемая, известная только изготовителю, комбинация металлизированных поверхностей, с определенным блеском, электропроводностью и изменением удельного сопротивления от полосы к полосе создает непреодолимые трудности при изготовлении подделки.
Недостатком данного способа защиты является то, что он может быть полезен при защите единичных или небольшой серии ценных изделий или бумаг. Однако защита большого числа ценных бумаг (например, денежных знаков), таким способом ненадежна, так как требует широкого распространения физических средств контроля подлинности изделий, в этом случае код защитной полосы, многократно повторенной во множестве изделий, может быть достаточно легко расшифрован и воспроизведен. Другим недостатком является то, что изготовление (подделка) указанных защитных полос не представляет технических сложностей.
Указанные недостатки устраняются с помощью заявляемого изобретения защитного элемента для проверки подлинности объекта защиты, например денежного знака, которое повышает надежность защиты от подделки, недорого в изготовлении и допускает контроль с помощью несложных физических устройств.
Указанная задача решается за счет того, что защитный элемент создают на основе наноостровковых (островковых) или гранулированных металлических пленок, которые в обычных условиях способны изменять свои электрофизические свойства (например, проводимость) в слабых электрических полях, то есть электрических полях напряженностью менее 50 В/см.
Защита от подделки объекта защиты состоит в том, что на небольшом участке объекта защиты (например, бумаги) формируют защитную область, например полосу, которая может быть невидима невооруженным глазом, при этом защитная область содержит защитный элемент, содержащий островковую или гранулированную металлическую пленку, которая обладает нелинейными электрофизическими свойствами.
Контроль подлинности осуществляют с помощью несложного электронного устройства (фиг.3), которое проверяет нелинейность электрофизических свойств (например, проводимости) защитной области, при воздействии на нее слабого электрического поля. Наличие нелинейных электрофизических свойств указывает на подлинность, в то время как их отсутствие указывает на подделку изделия. Возможны как контактный, так и бесконтактный методы контроля с характерным временем контроля менее 10-3 сек.
Согласно изобретению в качестве защитного элемента используют однослойную или многослойную островковую или гранулированную металлическую пленку, которая расположена на подложке самой ценной бумаги (например, в случае с денежным знаком) или на специально созданной тонкой диэлектрической подложке (например, лавсане), встраиваемой в объект защиты. Внешняя поверхность металлической пленки защищается от атмосферного воздействия и преждевременного старения диэлектрическим покрытием. На фиг.1 показана структура средства защиты изделий на основе однослойной островковой металлической пленки, где 10 - бумажная или иная диэлектрическая подложка, 20 - островковая или гранулированная металлическая пленка, 30 - защитная диэлектрическая пленка.
Для контроля подлинности объекта защиты (например, денежного знака) измеряют проводимость упомянутой пленки при по меньшей мере двух различных значениях постоянного или переменного слабого электрического поля, напряженностью F<50 В/см, приложенного к ней. Детектируемым признаком подлинности ценного изделия («меткой») является нелинейная проводимость пленки (фиг.2). Это означает, что с увеличением приложенного электрического поля в несколько раз, проводимость пленки не остается постоянной, как это следует из закона Ома, а увеличивается на определенную величину, определяемую параметрами пленки и контролируемую при ее изготовлении. Например, согласно фиг.2, при изменении напряженности приложенного электрического поля от 1 В/см до 10 В/см проводимость островковых пленок из Ti, FeNi или Со эффективной толщиной 7 ангстрем изменяется на 12%: от 1 МОм-1 до 1,12 МОм-1.
Высококачественная защита объектов защиты определяется, во-первых, уникальностью свойств островковых металлических пленок, в которых наблюдается значительное изменение проводимости под действием слабого электрического поля. Известно, что изменение проводимости под действием электрического поля в различных материалах, например в полупроводниках, наблюдается при величине электрического поля F>>1000 В/см. В островковых пленках существенное изменение проводимости наблюдается в гораздо более слабых электрических полях F=1÷50 В/см (фиг.2).
Во-вторых, защита обеспечивается уникальностью технологического процесса создания островковых и гранулированных металлических пленок. Действительно, островки должны иметь размеры порядка 10 нм и между ними должна быть реализована туннельная проводимость при комнатной температуре, что является основной причиной нелинейных электрофизических свойств данных пленок. Для этого в процессе создания пленок необходимо строго соблюдать технологические параметры, которые являются know-how процесса и не могут быть ни определены, ни воспроизведены «кустарным способом производства» без наличия необходимого оборудования и квалифицированного персонала. В частности, необходимо строго соблюдать температурный режим выращивания пленок, обеспечивая заданную скорость их роста и т.п. С другой стороны, на современных производствах не представляет трудностей осуществление данного технологического процесса различными методами: с помощью ВЧ-распыления металлических мишеней, термического распыления металлов или с помощью создания гранулированных металлических пленок. Перечисленные технологии хорошо освоены и гарантируют низкую стоимость и надежность при массовом производстве средств защиты ценных изделий.
Пример создания средства защиты ценного изделия - структура, реализованная на основе однослойной наноостровковой металлической пленки (фиг.1). Тонкие островковые или гранулированные металлические пленки (2) из обычных металлов, например Ti, W; или из ферромагнитных металлов, например Со, Fe; или из металлических немагнитных сплавов, например WRe, NiCr; или из металлических магнитных сплавов, например FeNi, FeCo, выращивают методом ВЧ-распыления в аргоне на диэлектрической подложке (1). После напыления каждая из металлических структур закрывается тонким предохранительным слоем диэлектрика (Al2O3, d=20 Å). Толщина металлических пленок варьируют от 7 Å до 30 Å в зависимости от свойств диэлектрической подложки. На фиг.2 представлены зависимости относительной дифференциальной проводимости металлических пленок от электрического поля, приложенного к образцу (на фиг.2 кривая 100 соответствует Ti; 200 - FeNi; 300 - Со; 400 - W и проводимость
1 МОм-1 соответствует напряженности поля F<1 В/см). Дифференциальная проводимость в %, отложенная по вертикально оси фиг.2, является показателем уникальности свойств данной пленки, как «метки» для защиты ценных бумаг, такие зависимости, при нормальных условиях, не достижимы в обычных материалах.
Как отмечалось, для контроля подлинности ценного изделия по наличию нелинейных эффектов в пленке измеряется проводимость пленки при различных значениях приложенного постоянного или пременного электрического поля. На фиг.3 представлена принципиальная электрическая схема измерительного устойства (детектора). К структуре (1) прижимаются (подносятся) металлические электроды (2-5), что позволяет создать омические (емкостные) контакты. На электроды (2, 5) подается низкочастотное (до 100 кГц) или импульсное электрическое напряжение, на электроде (5) амплитуда напряжения должна быть в несколько (например, в 10) раз больше, чем на электроде (2), максимальное электрическое поле в пленке не должно превышать 50 В/см. Ограничение величины электрического поля обусловлено уникальными свойствами островковых пленок изменять свои электрофизические свойства в слабых электрических полях. Электроды (3, 4) через одинаковые нагрузочные сопротивления (6) заземляются. С нагрузочных сопротивлений (6) напряжение, пропорциональное току, поступает на усилители (7, 8), причем коэффициент усиления усилителя (7) в 10 раз больше коэффициента усиления усилителя (8). Затем с усилителей сигналы поступают на сумматор (9). Если структура обладает нелинейными эффектами, сигналы с выходов усилителей (7, 8) по абсолютной величине будут отличаться, и на выходе сумматора (9) будет присутствовать сигнал Uc, что свидетельствует о подлинности изделия. Если структура не обладает нелинейными свойствами, сигналы с выходов усилителей (7, 8) по абсолютной величине будут равными и на выходе сумматора (9) сигнал Uc будет равен нулю, что является доказательством подделки изделия.
Возможно детектировать нелинейные эффекты в пленке с помощью постоянного напряжения, приложенного к электродам, в этом случае защитная область с пленкой должна перемещаться относительно электродов. В случае, когда электроды будут контактировать с пленкой, или находится вблизи нее, на нагрузочных сопротивлениях выделятся импульсные сигналы, причем длительность этих сигналов t будет определяться скоростью перемещения ценного изделия относительно электродов (v) и размерами пленки в направлении движения ценного изделия (d) (t=v*d). Длительность взаимодействия детектора с пленкой может быть менее 10-3 сек.
Возможно детектирование нелинейных свойств пленки путем измерения сигнала высших гармоник от частоты зондирующего переменного электрического поля, приложенного к защитной области. Действительно, в нелинейных системах генерируется сигнал на частоте высших гармоник, и он может быть легко зафиксирован с помощью селективного вольтметра.
Принципиальная схема определения подлинности ценных бумаг путем измерения сигнала высших гармоник от частоты зондирующего переменного электрического поля представлена на фиг.4. К структуре (1) прижимаются (подносятся) металлические электроды (2, 3), что позволяет создать омические (емкостные) контакты. На электрод (3) от генератора (4) синусоидальных колебаний подается низкочастотное напряжение (частоты f0 до f0=100 кГц), в результате чего в пленке создается зондирующее переменное электрическое поле, его амплитуда не должна превышать 50 В/см. Поскольку островковая металлическая пленка является нелинейной системой в ней генерируется переменное электрическое поле (сигнал) на частоте f высших гармоник зондирующего переменного электрического поля (f=nf0, где n=2, 3
). Сигнал на высших гармониках выделяется на нагрузочном сопротивлении (6) и регистрируется с помощью селективного вольтметра (12). Наличие сигнала на высших гармониках зондирующего электрического поля частоты f=nf0 является доказательством подлинности изделия. 
